Абляция ( лат . ablatio — удаление) — удаление или разрушение чего-либо из объекта путем испарения , скола, эрозионных процессов или других способов. Ниже описаны примеры абляционных материалов, включая материалы космических кораблей для подъема и входа в атмосферу , лед и снег в гляциологии , биологические ткани в медицине и материалы пассивной противопожарной защиты .
В искусственном интеллекте (ИИ), особенно в машинном обучении , абляция — это удаление компонента системы ИИ. [1] Термин по аналогии с биологией: удаление компонентов организма.
Биологическая абляция — это удаление биологической структуры или функциональности.
Генетическая абляция — это еще один термин для подавления генов , при котором экспрессия генов прекращается посредством изменения или удаления информации о генетической последовательности . При клеточной абляции отдельные клетки в популяции или культуре разрушаются или удаляются. Оба могут использоваться в качестве экспериментальных инструментов, например, в экспериментах с потерей функции . [2]
В медицине абляция — это удаление части биологической ткани , обычно хирургическим путем . Поверхностная абляция кожи ( дермабразия , также называемая шлифовкой, поскольку она вызывает регенерацию ) может осуществляться химическими веществами (хемоабляция), лазерами ( лазерная абляция ), замораживанием ( криоабляция ) или электричеством ( фульгурация ). Его цель – удалить пятна на коже, состарившуюся кожу , морщины , тем самым омолаживая ее. Поверхностная абляция также используется в отоларингологии для некоторых видов операций, например, при храпе . Радиочастотная абляция (РЧА) — это метод удаления аберрантных тканей изнутри организма с помощью минимально инвазивных процедур. Он используется для лечения различных сердечных аритмий, таких как наджелудочковая тахикардия , синдром Вольфа-Паркинсона-Уайта (WPW), желудочковая тахикардия и в последнее время как лечение фибрилляции предсердий . Этот термин часто используется в контексте лазерной абляции — процесса, при котором лазер растворяет молекулярные связи материала . Чтобы лазер мог аблировать ткани, плотность мощности или плотность энергии должны быть высокими, в противном случае происходит термокоагуляция, которая представляет собой просто термическое испарение тканей.
Ротабляция — это тип очистки артерий, который заключается во вставке крошечного устройства, похожего на сверло с алмазным наконечником, в пораженную артерию для удаления жировых отложений или бляшек. Процедура применяется при лечении ишемической болезни сердца для восстановления кровотока.
Микроволновая абляция (MWA) аналогична RFA, но использует более высокие частоты электромагнитного излучения.
Абляция высокоинтенсивным фокусированным ультразвуком (HIFU) удаляет ткани изнутри тела неинвазивно.
Абляция костного мозга — это процесс, при котором клетки костного мозга человека удаляются при подготовке к трансплантации костного мозга . Это осуществляется с использованием высокоинтенсивной химиотерапии и общего облучения тела . По сути, это не имеет ничего общего с методами испарения, описанными в оставшейся части этой статьи.
Абляция ткани головного мозга используется для лечения некоторых неврологических расстройств , в частности болезни Паркинсона , а иногда и психических расстройств .
Недавно некоторые исследователи сообщили об успешных результатах генетической абляции. В частности, генетическая абляция потенциально является гораздо более эффективным методом удаления нежелательных клеток, таких как опухолевые клетки, поскольку может быть создано большое количество животных, у которых отсутствуют определенные клетки. Генетически удаленные линии можно сохранять в течение длительного периода времени и передавать их исследовательскому сообществу. Исследователи из Колумбийского университета сообщают о восстановленных каспазах , объединенных из C. elegans и человека, которые сохраняют высокую степень целевой специфичности. Описанные методы генетической абляции могут оказаться полезными в борьбе с раком. [3]
Электроабляция — это процесс удаления материала с металлической заготовки для уменьшения шероховатости поверхности .
Электроабляция пробивает оксидные поверхности с высоким сопротивлением, например, на титане и других экзотических металлах и сплавах, без плавления основного неокисленного металла или сплава. Это позволяет очень быстро выполнить финишную обработку поверхности.
Этот процесс способен обеспечить финишную обработку поверхности широкого спектра экзотических и широко используемых металлов и сплавов, включая титан, нержавеющую сталь, ниобий, хром-кобальт, инконель , алюминий, а также ряд широко доступных сталей и сплавов.
Электроабляция очень эффективна для достижения высокого уровня чистоты поверхности отверстий, впадин, а также скрытых или внутренних поверхностей металлических заготовок (деталей).
Этот процесс особенно применим к компонентам, изготовленным методом аддитивного производства, таким как металлы, напечатанные на 3D-принтере. Эти компоненты, как правило, производятся с уровнем шероховатости значительно выше 5–20 микрон. Электроабляцию можно использовать для быстрого уменьшения шероховатости поверхности до уровня менее 0,8 микрона, что позволяет использовать постобработку для финишной обработки поверхности в массовом производстве.
В гляциологии и метеорологии абляция — противоположность аккумуляции — относится ко всем процессам, которые удаляют снег, лед или воду с ледника или снежного поля. [4] [ нужна страница ] Абляция означает таяние снега или льда, стекающего с ледника, испарение , сублимацию , откалывание или эрозионное удаление снега ветром. Температура воздуха обычно является доминирующим фактором абляции, а осадки играют вторичную роль. В умеренном климате в сезон абляции скорость абляции обычно составляет в среднем около 2 мм/ч. [5] Там, где солнечная радиация является основной причиной абляции снега (например, если температура воздуха низкая при ясном небе), на поверхности снега могут образовываться характерные текстуры абляции, такие как солнечные чашки и пенитентес . [6] Абляция может означать потерю массы с верхней поверхности ледника или таяние, вызванное океаном, и откалывание поверхности конечной точки ледника. [7]
Абляция может относиться либо к процессам удаления льда и снега, либо к количеству удаленного льда и снега.
Было также показано, что покрытые обломками ледники сильно влияют на процесс абляции. На вершине ледников может располагаться тонкий слой обломков, который усиливает процесс абляции подо льдом. Покрытые обломками части ледника, подвергающиеся абляции, делятся на три категории: ледяные скалы, пруды и обломки. Эти три секции позволяют ученым измерять тепло, выделяемое покрытой обломками территорией, и производить расчеты. Расчеты зависят от площади и чистого количества поглощенного тепла в отношении всех зон, покрытых мусором. Подобные расчеты проводятся для различных ледников, чтобы понять и проанализировать будущие закономерности таяния. [8]
Морена (ледниковые обломки) перемещается в результате естественных процессов, которые позволяют перемещать материалы вниз по склону по телу ледника. Отмечается, что если склон ледника слишком высок, то обломки будут продолжать двигаться по леднику в другое место. Размеры и расположение ледников различаются по всему миру, поэтому в зависимости от климата и физической географии виды обломков могут различаться. Размер и величина обломков зависят от площади ледника и могут варьироваться от фрагментов размером с пыль до блоков размером с дом. [9]
Было проведено множество экспериментов, чтобы продемонстрировать влияние мусора на поверхность ледников. Ёсиюки Фуджи, профессор Национального института полярных исследований , разработал эксперимент, который показал, что скорость абляции ускоряется под тонким слоем мусора и замедляется под толстым слоем по сравнению со скоростью естественной снежной поверхности. [10] Эта наука важна из-за важности долгосрочной доступности водных ресурсов и оценки реакции ледников на изменение климата . [11] Доступность природных ресурсов является основной движущей силой исследований, проводимых в отношении процесса абляции и общего изучения ледников.
Лазерная абляция во многом зависит от природы материала и его способности поглощать энергию, поэтому длина волны абляционного лазера должна иметь минимальную глубину поглощения. Хотя эти лазеры могут в среднем иметь низкую мощность, они могут обеспечивать пиковую интенсивность и плотность энергии, определяемые следующим образом:
в то время как пиковая мощность
Поверхностная абляция роговицы при некоторых видах рефракционной хирургии глаза в настоящее время широко распространена с использованием эксимер-лазерной системы ( LASIK и LASEK ). Поскольку роговица не отрастает снова, лазер используется для изменения преломляющих свойств роговицы для исправления ошибок рефракции , таких как астигматизм , близорукость и дальнозоркость . Лазерная абляция также используется для удаления части стенки матки у женщин с проблемами менструации и аденомиоза в процессе, называемом абляцией эндометрия .
Недавно исследователи продемонстрировали успешный метод удаления подповерхностных опухолей с минимальным термическим повреждением окружающих здоровых тканей с помощью сфокусированного лазерного луча от источника ультракороткоимпульсного диодного лазера. [12]
Необрастающие краски и другие соответствующие покрытия обычно используются для предотвращения скопления микроорганизмов и других животных, таких как ракушки, на нижних поверхностях корпусов прогулочных, коммерческих и военных морских судов. Для этой цели часто используются абляционные краски, чтобы предотвратить разбавление или дезактивацию средства против обрастания. Со временем краска будет медленно разлагаться в воде, обнажая на поверхности свежие необрастающие составы. Разработка противообрастающих агентов и скорости абляции может обеспечить долговременную защиту от пагубного воздействия биообрастания.
Противопожарные и противопожарные средства могут носить абляционный характер. Это могут быть эндотермические материалы или просто материалы, которые являются «жертвенными» и со временем «израсходуются» под воздействием огня , например, силиконовые противопожарные изделия. При достаточном времени воздействия огня или тепла эти продукты обугливаются, крошятся и исчезают. Идея состоит в том, чтобы разместить достаточное количество этого материала на пути огня, чтобы можно было поддерживать уровень огнестойкости , как было продемонстрировано в ходе испытаний на огнестойкость . Абляционные материалы обычно содержат большую концентрацию органических веществ , которые при пожаре превращаются в пепел. В случае силикона органический каучук окружает очень мелкодисперсную кремнеземную пыль (до 380 м2 общей площади всех частиц пыли на грамм этой пыли ) . Когда органический каучук подвергается воздействию огня, он сгорает до пепла и оставляет после себя кремнеземную пыль, из которой изначально создавался продукт.
Протопланетные диски — это вращающиеся околозвездные диски из плотного газа и пыли, окружающие молодые, недавно сформировавшиеся звезды. Вскоре после образования звезд звезды часто имеют остатки окружающего материала, который все еще гравитационно связан с ними, образуя примитивные диски, вращающиеся вокруг экватора звезды – не слишком отличаясь от колец Сатурна . Это происходит потому, что уменьшение радиуса протозвездного материала во время формирования увеличивает угловой момент , а это означает, что оставшийся материал сбивается в сплющенный околозвездный диск вокруг звезды. Этот околозвездный диск может в конечном итоге превратиться в так называемый протопланетный диск: диск из газа, пыли, льда и других материалов, из которых могут сформироваться планетные системы . В этих дисках вращающаяся материя начинает накапливаться в более холодной средней плоскости диска из-за слипания частиц пыли и льда. Эти небольшие наросты растут от гальки до камней, образуя ранние детские планеты, называемые планетезималями , затем протопланеты и, в конечном итоге, полноценные планеты . [13]
Поскольку считается, что массивные звезды могут играть роль в активном запуске звездообразования (путем привнесения гравитационной нестабильности среди других факторов), [14] вполне вероятно, что молодые, меньшие звезды с дисками могут жить относительно близко к более старым, более массивным звездам. . Это уже было подтверждено наблюдениями в некоторых скоплениях , например в скоплении Трапеция . [15] Поскольку массивные звезды в конце своей жизни имеют тенденцию коллапсировать из-за образования сверхновых , в настоящее время исследователи изучают, какую роль сыграла бы ударная волна такого взрыва и образующийся в результате остаток сверхновой (SNR), если бы он произошел на линии огня. протопланетного диска. Согласно компьютерному моделированию, удар SNR по протопланетному диску приведет к значительной абляции диска, и эта абляция приведет к удалению значительного количества протопланетного материала с диска, но не обязательно разрушит диск полностью. [16] Это важный момент, поскольку диск, переживший такое взаимодействие с достаточным количеством оставшегося материала для формирования планетной системы, может унаследовать измененную химию диска от SNR, что может оказать влияние на планетные системы, которые позже сформируются.
В конструкции космических кораблей абляция используется как для охлаждения, так и для защиты механических частей и/или полезной нагрузки, которые в противном случае были бы повреждены чрезвычайно высокими температурами. Двумя основными применениями являются тепловые экраны для космических кораблей, входящих в атмосферу планеты из космоса, и охлаждение сопел ракетных двигателей . Примеры включают командный модуль «Аполлон» , который защищал астронавтов от жары при входе в атмосферу, и ракетный двигатель второй ступени «Кестрел », предназначенный исключительно для использования в среде космического вакуума , поскольку тепловая конвекция невозможна.
По сути, абляционный материал сконструирован таким образом, что вместо передачи тепла в конструкцию космического корабля большую часть нагревающего эффекта несет только внешняя поверхность материала. Внешняя поверхность обугливается и сгорает – но довольно медленно, лишь постепенно обнажая под ней новый свежий защитный материал. Тепло уносится от космического корабля газами, образующимися в результате абляционного процесса, и никогда не проникает в поверхностный материал, поэтому металлические и другие чувствительные конструкции, которые они защищают, остаются при безопасной температуре. По мере того как поверхность горит и рассеивается в космосе, оставшийся твердый материал продолжает изолировать корабль от постоянного тепла и перегретых газов. Толщина абляционного слоя рассчитана так, чтобы выдержать тепло, с которым он столкнется во время своей миссии.
Существует целая отрасль космических исследований, связанная с поиском новых огнезащитных материалов для достижения наилучших абляционных характеристик; эта функция имеет решающее значение для защиты пассажиров и полезной нагрузки космического корабля от чрезмерной тепловой нагрузки. [17] Одна и та же технология используется в некоторых приложениях пассивной противопожарной защиты , в некоторых случаях одними и теми же поставщиками, которые предлагают разные версии этих огнезащитных продуктов, некоторые для аэрокосмической отрасли, а некоторые для структурной противопожарной защиты .
![{\displaystyle {\begin{aligned}{\text{Интенсивность }}(\mathrm {Вт} /\mathrm {см} ^{2})&={\frac {{\text{средняя мощность }}(\mathrm {W} )}{{\text{площадь фокусного пятна }}(\mathrm {см} ^{2})}}\\[5pt]{\text{Пиковая интенсивность }}(\mathrm {W} /\mathrm {см} ^{2})&={\frac {{\text{пиковая мощность }}(\mathrm {Вт} )}{{\text{площадь фокусного пятна }}(\mathrm {см} ^{2} )}}\\[5pt]{\text{Флюенс }}(\mathrm {J} /\mathrm {см} ^{2})&={\frac {{\text{энергия лазерного импульса }}(\mathrm {J} )}{{\text{площадь фокусного пятна }}(\mathrm {cm} ^{2})}}\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3b7e4c62ec211d7bd57810456b26a49d5f470cb4)
